KR100546605B1 - 레이저 프로젝션 시스템 - Google Patents

Abstract

광효율 저하를 방지하고 적용되는 제품의 사이즈 감소를 이룰 수 있도록 한 레이저 프로젝션 시스템에 관한 것으로, R/G/B 광을 각각 발생시키는 제1 내지 제3 레이저와, 제1 내지 제3 레이저에 의해 발생되어 입사된 R/G/B 광을 각각 전반사하는 제1 내지 제3 전반사 프리즘과, 제1 내지 제3 레이저와 제1 내지 제3 전반사 프리즘 사이에 각각 설치되고 외부 제어신호에 따라 각 전반사 프리즘에 입사된 R/G/B 광 각각의 반사각을 조절하는 제1 내지 제3 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD)와, 제1 내지 제3 전반사 프리즘으로부터 입사된 R/G/B 광 각각을 스크린상에 디스플레이하기 위한 제1 내지 제3 투사렌즈를 포함하므로 효율을 향상시킬 수 있고, 투사거리가 짧아져 결국, 적용 제품의 사이즈를 감소시킬 수 있다.

DMD/레이저

Description

레이저 프로젝션 시스템{Laser Projection System}

도 1은 종래의 레이저 프로젝션 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면

도 2는 투사거리와 백 포커스의 관계를 개략적으로 나타낸 도면

도 3은 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면

도 4는 도 3의 평면도

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

21, 31, 41: 레이저 22: 미러

23, 33, 43: 조명 렌즈 24, 34, 44: 전반사(TIR) 프리즘

25, 35, 45: DMD 26, 36, 46: 투사 렌즈

27: 스크린

본 발명은 프로젝션 시스템에 관한 것으로서, 특히 레이저 프로젝션 시스템에 관한 것이다.

최근 대화면, 고화질 디스플레이 장치는 가장 중요한 이슈(issue)의 하나로 떠오르고 있으며, 현재까지 이러한 대화면 디스플레이 장치로 개발되어 상용화된 것에는 대표적으로 프로젝션 TV와 프로젝터가 있다.

이때, 프로젝션 TV와 프로젝터는 공통적으로 광학 엔진이라는 장치를 포함하며, 이 광학 엔진내에는 신호 처리된 영상 정보를 표시해주는 CRT(Cathode Ray Tube), LCD(Liquid Crystal Display), LCoS(Liquid Crystal on Silicon), 디지털 마이크로 미러 디바이스(Digital Micromirror Device: 이하, DMD)등의 디스플레이 소자가 사용된다.

최근 이러한 디스플레이 소자는 소형화, 경량화되어지는 추세에 있어서, 무겁고 두꺼운 CRT보다는 LCD를 이용한 프로젝션 시스템들이 속속 출시되고 있으며, LCoS 및 DMD를 이용한 시스템들도 출시 또는 개발되고 있는 실정이다.

특히, 현재까지는 LCD가 주류였지만, 고해상도 구현에 유리한 반면, 개발속도가 느린 LCoS에 비해 하이 콘트라스트 구현에 탁월하고 개발 속도가 빠른 DMD를 이용한 프로젝션 시스템의 개발 및 출시가 두드러진다.

또한, CRT와 LCD는 아날로그 신호에 의해서 구동되는 소자이므로, 신호처리 최종단에서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 디스플레이하는 반면, DMD는 D/A 변환없이 디지털 신호를 펄스폭 변조(PWM)를 이용하여 구동하므로, D/A 변환에서 발생할 수 있는 에러를 최대한 없앨 수 있는 장점이 있어서 최근 디스플레이 표시 소자로 각광받고 있다.

이러한 DMD는 반도체 공정을 이용하여 수십만∼수백만개의 마이크로 미러 어레이를 형성시킨 장치로서, 각 미러에 인가되는 전압으로 미러의 각도를 제어하여 각 픽셀의 영상 정보를 제어한다.

상술한 DMD를 이용한 종래의 레이저 프로젝션 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, X-Cube 프리즘(Prism)과 같은 별도의 광학 부품에 의해 합쳐진 R/G/B 레이저광을 전반사하는 TIR 프리즘(11)과, 상기 TIR 프리즘(11)에 의해 전반사된 R/G/B 레이저광을 R/G/B 각각으로 분리하는 편광방식 프리즘의 대표적인 예로, 필립스사에서 개발한 필립스 프리즘(12)과, 제어신호에 따라 미세 반사각 조절이 이루어져 상기 필립스 프리즘(12)에 의해 분리된 R/G/B 레이저광을 조절된 반사각에 의해 각각 반사하는 DMD(13, 14, 15)와, 상기 DMD(13, 14, 15)에 의해 반사된 레이저광을 스크린(17)에 디스플레이하기 위한 투사렌즈(16)을 포함하여 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 레이저 프로젝션 시스템은 X-Cube 프리즘(Prism)과 같은 별도의 광학 부품에 의해 합쳐진 R/G/B 레이저광이 TIR 프리즘(11)에 입사되어 필립스 프리즘(12)으로 전반사된다.

이어서 필립스 프리즘(12)은 입사된 레이저광을 R/G/B 레이저광으로 각각 분리하고 분리된 R 레이저광은 DMD(13)에 의해 반사되고, 분리된 G 레이저광은 DMD(14)에 의해 반사되며, 분리된 B 레이저광은 DMD(15)에 의해 반사되고 최종적으로 투사렌즈(16)에 입사된다.

그리고 투사렌즈(16)는 입사된 레이저광을 스크린(17)에 투영하여 영상을 디스플레이한다.

이때 고출력의 UHP(Ultra High Performance) 램프의 경우 고출력의 백색광 출력이 가능하지만, 레이저의 경우 고출력의 백색 레이저가 없으므로 상술한 X-Cube 프리즘(Prism)과 같은 별도의 광학 부품을 이용하여 R/G/B 각각의 레이저광이 동시에 TIR 프리즘(11)에 입사되도록 합성해야 한다.

또한 TIR 프리즘과 필립스 프리즘을 동시에 사용하는 구성에서는 패널과 투사렌즈 사이의 거리를 어느 정도 이하로 줄이는 것이 불가능하기 때문에 투사렌즈의 백 포커스(Back Focus) 길이가 길어지게 된다.

이때 도 2를 살펴보면, 백 포커스의 길이(BFL)와 투사거리(L)가 비례함을 알 수 있는데, 'BFL1'의 경우 투사거리가 'L1'인데 반하여, 'BFL2'의 경우 투사거리가 'L2'와 같이 길다.

결국, 백 포커스 길이가 길어지면 그에 따라 투사거리 또한 길어지게 되어 프로젝션 시스템 특히, 프로젝션 티브이의 댑쓰(Depth)를 줄이는데 한계요소로 작용한다.

종래의 기술에 따른 레이저 프로젝션 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 프리즘에 의한 광 합성 및 분리의 반복으로 광효율이 저하된다.

둘째, 백 포커스 길이가 길어지고 그에 따라 투사거리가 길어져 결국, 시스템의 사이즈 특히, 댑쓰를 줄이는데 한계가 있다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 광효율 저하를 방지하고 적용되는 제품의 사이즈 감소를 이룰 수 있도록 한 레이저 프로젝션 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 R/G/B 광을 각각 발생시키는 제1 내지 제3 레이저와, 제1 내지 제3 레이저에 의해 발생되어 입사된 R/G/B 광을 각각 전반사하는 제1 내지 제3 전반사 프리즘과, 제1 내지 제3 레이저와 제1 내지 제3 전반사 프리즘 사이에 각각 설치되고 외부 제어신호에 따라 각 전반사 프리즘에 입사된 R/G/B 광 각각의 반사각을 조절하는 제1 내지 제3 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD)와, 제1 내지 제3 전반사 프리즘으로부터 입사된 R/G/B 광 각각을 스크린상에 디스플레이하기 위한 제1 내지 제3 투사렌즈를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3의 평면도이다.

본 발명에 따른 레이저 프로젝션 시스템은 도 3과 같이, R/G/B 광을 각각 발생시키는 제1 내지 제3 레이저(21,31,41), 상기 제1 내지 제3 레이저(21,31,41)에 의해 발생되어 입사된 R/G/B 광을 각각 전반사하는 제1 내지 제3 TIR(전반사) 프리즘(24,34,44), 상기 제1 내지 제3 레이저(21,31,41)와 제1 내지 제3 전반사 프리즘 (24,34,44)사이에 각각 설치되고 외부 제어신호에 따라 상기 각 전반사 프리즘에 입사된 R/G/B 광 각각의 반사각을 조절하는 제1 내지 제3 DMD(25,35,45), 상기 제1 내지 제3 전반사 프리즘(24,34,44)으로부터 입사된 R/G/B 광 각각을 스크린상에 디스플레이하기 위한 제1 내지 제3 투사렌즈(26,36,46)를 포함하여 구성된다.

이때 각 반사 프리즘(24,34,44)은 별도로 구성되어 접합한다. 그리고 상술한 구성은 레이저, 전반사 프리즘, DMD 및 투사렌즈가 하나의 세트로서, R/G/B 광 각 각에 대해 한 세트씩 동일하게 구성되므로 그중 R 광에 대한 세트의 구성을 도 4를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

R 광을 발생하는 레이저(21), 상기 레이저(21)에서 발생된 R 광을 직각으로 반사시키도록 미러(22)가 위치한다. 이때 미러(22)는 레이저(21)의 설치위치에 따라 제거도 가능하다.

그리고 상기 미러(22)를 통해 반사된 광을 전반사 프리즘(24) 측으로 입사시키기 위한 조명 렌즈(23)가 상기 미러(22)의 광 반사 선상에 위치한다.

이어서 상기 조명 렌즈(23)를 통과한 광을 전반사 시키도록 전반사 프리즘(24)이 위치하고 외부 제어신호에 따라 전반사 프리즘(24)으로 입사된 광의 반사각을 조절하기 위한 DMD(25)가 전반사 프리즘(24) 후면에 부착된다.

그리고 상기 DMD(25)와 수평방향으로 상기 전반사 프리즘(24)과 일정거리를 두고 투사렌즈(26)가 위치하며, 투사렌즈(26)와 일정거리를 두고 스크린(27)이 위치한다.

또한 도면상에 나타내지는 않았지만 상기 레이저 광 발생과 DMD 제어 및 영상신호 처리를 위한 부품들이 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 레이저 프로젝션 시스템의 영상 디스플레이 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 레이저(21)에서 발생된 적색광은 상술한 미러(22) 및 조명렌즈(23)를 통해 전반사 프리즘(24)으로 입사된다.
상기 조명 렌즈(23)는 도면에는 한 장의 단렌즈로 도시되어 있으나, 실제로는 다수의 단렌즈와 때로는 로드 렌즈(Rod lens) 또는 라이트 튜넬(Light Tunnel)이라고 하는 광학 장치를 포함한 것을 일컫는 말로써, 이는 당업자에게 공지의 사실이다.

이어서 전반사 프리즘(24)으로 입사된 적색광은 DMD(25)에 의해 조절된 반사각에 따라 전반사 프리즘(24)을 통해 전반사되어 투사 렌즈(26)로 입사된다.

그리고 투사 렌즈(26)에 입사된 적색광은 투사 렌즈(26)에 의해 스크린(27)에 디스플레이된다.

한편, 레이저(31)에서 발생된 녹색광 및 레이저(41)에서 발생된 청색광 역시 상기와 동일한 원리로 스크린(27)에 디스플레이되고 결국, 적색광과 녹색광 및 청색광의 조합에 의해 완전한 영상이 구현된다.

본 발명에 따른 레이저 프로젝션 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 레이저광이 합성, 분리 및 재합성 등의 과정을 거치지 않으므로 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 전반사 프리즘을 R,G,B 별로 구성하여 접합한 시스템이므로 각 색상별 좁은 대역의 고 투과 코팅설계가 가능하여 추가적인 효율 향상을 기대할 수 있다.

셋째, 기존의 시스템에 비해 필립스사의 편광방식 프리즘이 생략되므로 그 만큼의 백 포커스를 감소시킬 수 있어 투사거리를 짧게 할 수 있고 결국, 프로젝션 티브이 등 적용 제품의 사이즈 특히 댑쓰(Depth)를 감소시킬 수 있다.

Claims (4)

1. R/G/B 광을 각각 발생시키는 제1 내지 제3 레이저;

   상기 제1 내지 제3 레이저에 의해 발생되어 입사된 R/G/B 광을 각각 전반사하는 제1 내지 제3 전반사 프리즘;

   상기 제1 내지 제3 레이저와 제1 내지 제3 전반사 프리즘 사이에 각각 설치되고 외부 제어신호에 따라 상기 각 전반사 프리즘에 입사된 R/G/B 광 각각의 반사각을 조절하는 제1 내지 제3 디지털 마이크로 미러 디바이스(DMD);

   상기 제1 내지 제3 전반사 프리즘으로부터 입사된 R/G/B 광 각각을 스크린상에 디스플레이하기 위한 제1 내지 제3 투사렌즈를 포함하는 레이저 프로젝션 시스템.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 내지 제3 전반사 프리즘은 수직방향으로 접합됨을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 시스템.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 내지 제3 디지털 마이크로 미러 디바이스는 상기 스크린을 기준으로 제1 내지 제3 전반사 프리즘 각각의 후면에 부착됨을 특징으로 하는 레이저 프로젝션 시스템.
4. 삭제

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